DE3145699C2 - Gasifier for carbonaceous, finely divided fuels, especially fluidized bed gasifiers, with an additional gasification chamber protruding into the vessel - Google Patents

Gasifier for carbonaceous, finely divided fuels, especially fluidized bed gasifiers, with an additional gasification chamber protruding into the vessel

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Vergasen kohlenstoffhaltiger, feinteiliger Brennstoffe mit Sauerstoff enthaltenden Vergasungsmitteln mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Hauptanspruches. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Wirbelschichtvergaser dieser Gattung.The invention relates to a device for gasifying carbonaceous, finely divided fuels with Oxygen-containing gasification agents with the features of the preamble of the main claim. In particular, the invention relates to a fluidized bed gasifier of this type.

Derartige Vorrichtungen können eine Wirbelschmelzkammer enthalten und als Staubvergaser betrieben werden. Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Gattung (DE-OS 27 42 222) besteht die Vergasungskammer aus einer von Kühlwasser durchströmten, gewickelten Rohrschlange, die von einem Schutzüberzug aus feuerfester Masse umgeben ist. Die in den heißen Raum oberhalb der Wirbelschicht hängende Vergasungskammer unterliegt der Korrosion und Erosion durch heiße, mit Staub beladene Gase. Bei zu großer Auslegung der Kühlleistung des Kühlsystemes kann der Reaktionsablauf im Raum oberhalb der Wirbelschicht durch zu starken Wärmeentzug über die gekühlten Flächen der Vergasungskammer beeinträchtigt werden.Such devices can contain a vortex melting chamber and as a dust gasifier operate. In a known device of this type (DE-OS 27 42 222) there is the gasification chamber from a coiled pipe coil through which cooling water flows and covered by a protective cover is surrounded by refractory mass. The one hanging in the hot space above the fluidized bed Gasification chamber is subject to corrosion and erosion from hot, dust-laden gases. In to large design of the cooling capacity of the cooling system, the reaction process in the room above the Fluidized bed impaired by excessive heat extraction from the cooled surfaces of the gasification chamber will.

Bei Reaktoren für die Vergasung fossiler Brennstoffe ist es bekannt (DE-OS 30 09 850), für die feuerfeste Auskleidung des Reaktorbehälters Steinsegmente aus feuerfestem Werkstoff zu verwenden, die derart geformt sind, daß für jedes der Rohre zwei Steine mit je einer den Rohren entsprechenden halbkreisförmigen Ausnehmungen vorgesehen sind, um die Rohre gegenüber dem Reaktorraum abzudecken.In reactors for the gasification of fossil fuels, it is known (DE-OS 30 09 850), for the refractory Lining the reactor vessel to use stone segments made of refractory material, the such are shaped so that for each of the tubes two stones each with a semicircular shape corresponding to the tubes Recesses are provided to cover the tubes from the reactor space.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Gattung die Vergasungskammer konstruktiv einfacher auszubilden und so zu gestalten, daß der Wärmeentzug aus dem die Vergasungskammer umgebenden Raum möglichst gering istThe invention is based on the object in a device of the type mentioned Gasification chamber to be constructed structurally simpler and designed so that the heat extraction from the Gasification chamber surrounding space is as small as possible

, 5 Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bei der vorgeschlagenen Vorrichtung ist das gesamte Kühlsystem durch feuerfeste Steinsegmente gegenüber den im Reaktionsgefäfl herrschenden hohen Temperaturen und den dort befindlichen Gasen abgedeckt und geschützt. Dadurch wird der Wärmeentzug in den die Vergasungskammer umgebenden Raum verringert. Die konstruktive Ausgestaltung der Vergasungskammer ist dadurch vereinfacht, daß die Steinsegmente in das Kühlrohrsystem eingefädelt werden können. Darüber hinaus ermöglicht die Bauweise der Vergasungskammer ihre Verlängerung oder Verkleinerung im Hinblick auf eine etwa gewünschte Änderung der Verweilzeit der Reaktanten. Ebenso werden Ausbesserungsarbeiten an der Vergasungskammer erleichtert, da die Steinsegmente auch einzeln ausgewechselt werden können. Die Fugen zwischen den Steinsegmenten gleichen Wärmespannungen aus, und zwar auch dann, wenn sich die Fugen im Laufe des Betriebes allmählich zusetzen. Selbst ein Durchtreten von Sauerstoff durch die Fugen führt zu keiner Betriebsstörung, weil die umgebende Atmosphäre aus heißem Gas und Brennstoff besteht und sich der Sauerstoff mit diesen umsetzen würde., 5 This object is achieved with the features listed in the characterizing part of claim 1. Advantageous further developments of the invention are the subject matter of the subclaims.
In the proposed device, the entire cooling system is covered and protected from the high temperatures prevailing in the reaction vessel and the gases located there by refractory stone segments. This reduces the extraction of heat into the space surrounding the gasification chamber. The structural design of the gasification chamber is simplified in that the stone segments can be threaded into the cooling pipe system. In addition, the construction of the gasification chamber enables it to be lengthened or reduced in size with a view to any desired change in the residence time of the reactants. Repair work on the gasification chamber is also made easier because the stone segments can also be replaced individually. The joints between the stone segments compensate for thermal stresses, even if the joints gradually clog in the course of operation. Even the passage of oxygen through the joints does not lead to any malfunctions, because the surrounding atmosphere consists of hot gas and fuel and the oxygen would react with them.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt, und zwar zeigtIn the drawing, an embodiment of the invention is shown schematically, namely shows

Fig. 1 den Längsschnitt durch eine Vorrichtung gemäß der Erfindung,1 shows the longitudinal section through a device according to the invention,

F i g. 2 den Schnitt H-II nach F i g. 1 und
F i g. 3 den oberen Teil der Kammer.
Gemäß Fig. 1 wird in dem unteren Teil eines Reaktionsgefäßes 1 eine Wirbelschicht 2 aufrechterhalten. Der Wirbelschicht 2 werden über ZuführungsrohreF i g. 2 the section H-II according to FIG. 1 and
F i g. 3 the upper part of the chamber.
According to FIG. 1, a fluidized bed 2 is maintained in the lower part of a reaction vessel 1. The fluidized bed 2 are via supply pipes

so 3 Kohle und Vergasungsmittel zugeführt. Das durch die Reaktion entstehende Produktgas tritt aus der Wirbelschicht 2 in den Raum 4 oberhalb der Wirbelschicht 2 aus und wird durch einen Austrittsstutzen 5 in der Wand des Reaktionsgefäßes 1 abgeführt.so 3 coal and gasifier fed. That through the The product gas arising from the reaction emerges from the fluidized bed 2 into the space 4 above the fluidized bed 2 and is discharged through an outlet connection 5 in the wall of the reaction vessel 1.

Das Produktgas führt Staub mit sich, der im wesentlichen aus Kohlenstoff und Asche besteht. Der Staub wird aus dem Produktgas in einem nicht dargestellten Zyklonabscheider abgetrennt, der in der sich an den Austrittsstutzen 5 anschließenden Gaslei-The product gas carries with it dust, which consists essentially of carbon and ash. Of the Dust is separated from the product gas in a cyclone separator, not shown, which is in the gas lines connected to the outlet nozzle 5

ho tung angeordnet ist. Der Staub wird einem im folgenden näher beschriebenen Staubvergaser zugeführt. Der Staubvergaser besteht aus einer Kammer 6, die in den oberen Teil des Reaktionsgefäßes 1 hineinragt. Die Unterkante der Kammer 6 befindet sich oberhalb derho tion is arranged. The dust becomes one in the following supplied dust gasifier described in more detail. The dust carburetor consists of a chamber 6, which is in the the upper part of the reaction vessel 1 protrudes. The lower edge of the chamber 6 is located above the

b5 Wirbelschicht 2.b5 fluidized bed 2.

Die Kammer 6 ist mit einem Zuführungsstutzen 7 versehen, dem als Vergasungsmittel Sauerstoff und der aus dem Produktgas abgetrennte Flugstaub zugeführtThe chamber 6 is provided with a feed nozzle 7, the oxygen and the gasifying agent flue dust separated from the product gas is supplied

wird. Anstelle von oder zusätzlich zum Flugstaub können andere feste, flüssige oder gasförmige Brennstoffe eingesetzt werden. Die Reaktanten werden der Kammer 6 mit einem Drall zugeführt In der Kammer 6 wird eine so hohe Temperatur eingehalten, daß die in dem Flugstaub oder den Brennstoffen enthaltende Asche schmilzt. Die Reaktionsprodukte treten aus der Kammer 6 in den Raum 4 oberhalb der Wirbelschicht 2 aus.will. Instead of or in addition to the fly ash, other solid, liquid or gaseous fuels can be used can be used. The reactants are fed to the chamber 6 with a swirl. In the chamber 6 such a high temperature is maintained that that contained in the fly ash or the fuels Ash melts. The reaction products exit the chamber 6 into the space 4 above the fluidized bed 2 the end.

Die Kammer 6 ist gekühlt und umfaßt ein Kühlringsystem, das auf dem Reaktionsgefäß 1 abgestützt ist Im einzelnen besteht das Kühiringsystem aus geraden, parallel zur Längsachse der Kammer 6 verlaufenden Rohrabschnitten 8, die von Kühlwasser durchströmt sind und an ihren unteren Enden über einen Sammler 9 miteinander verbunden sind. Die oberen Enden der Rohrabschnitte 8 sind aus dem Reaktionsgefäß 1 herausgeführtThe chamber 6 is cooled and comprises a cooling ring system which is supported on the reaction vessel 1 In detail, the cooling ring system consists of straight pipe sections 8 running parallel to the longitudinal axis of the chamber 6, which are of cooling water are flowed through and are connected to one another at their lower ends via a collector 9. The top Ends of the pipe sections 8 are led out of the reaction vessel 1

Wie in F i g. 3 dargestellt, sind die Rohrabschnitte 8 jeweils mit einer von zwei Ringleitungen 10 verbunden, an die die Kühlwasserzufuhr bzw. Kühlwasserabfuhr angeschlossen ist. Hierbei sind die Kühlwasserzu- und ablaufe in ihrem Durchmesser so aufeinander abgestimmt, daß das Kühlringsystem hinreichend gekühlt ist. Falls aus irgendeinem Grund erwünscht, kann die Kühlwirkung des Kühlringsystemes durch Verringerung oder Vermehrung der geraden Rohrabschnitte 8 verändert werden.As in Fig. 3, the pipe sections 8 are each connected to one of two ring lines 10, to which the cooling water supply or cooling water discharge is connected. Here are the cooling water supply and expire so coordinated in their diameter that the cooling ring system is adequately cooled. If for any reason desired, the cooling effect of the cooling ring system can be reduced by reducing or multiplication of the straight pipe sections 8 can be changed.

Das Kühiringsystem wird zweckmäßig als geschlossener Wasserkreislauf von kleinem Wasservolumen ausgebildet. Die Kühlwasseranschlüsse sind mit einem Kühler 11 verbunden, in dem das Kühlwasser rückgekühlt wird. Auf diese Weise wird bei einem Rohrriß des Kühlringsystems durch das in das Reaktionsgefäß 1 einströmende Wasser die Temperatur des Reaktionsge- ->5 fäßinhaltes nur geringfügig abgesenkt und die Reaktionstemperatur für die Umsetzung des Sauerstoffes mit dem Brennstoff nicht unterschritten.The cooling ring system is expediently used as a closed water circuit with a small water volume educated. The cooling water connections are connected to a cooler 11 in which the cooling water is recooled will. In this way, in the event of a pipe crack in the cooling ring system through the into the reaction vessel 1 incoming water the temperature of the reaction -> 5 vessel contents are only slightly lowered and the reaction temperature for the conversion of the oxygen with not below the fuel level.

Das Kühiringsystem ist mit einer feuerfesten Umkleidung versehen. Die Umkleidung besteht aus ringförmi- *o gen Steinsegmenten 12 von einer hochtemperaturbeständigen Qualität Vorzugsweise wird Sillimanit als Werkstoff verwendet, da dieser zusätzlich zu seiner Temperaturbeständigkeit widerstandsfähig gegen saure und basische Schlacken istThe cooling ring system is provided with a fireproof casing. The casing consists of ring-shaped- * o gen stone segments 12 of a high temperature-resistant quality. Sillimanite is preferably used as Material used because it is resistant to acid in addition to its temperature resistance and basic slag is

Die Steinsegmente 12 weisei; zentral angeordnete Bohrungen 13 (Fig.2) auf, deren Durchmesser etwas größer ist als der Außendurchmesser der Rohrabschnitte 8. Die Steinsegmente 12 sind so über die Rohrabschnitte 8 geschoben, daß sie die Rohrabschnitte 8 umfassen. Über die Höhe und den Umfang der Kammer 6 sind jeweils mehrere Steinsegmente 12 nebeneinander bzw. übereinander angeordnet. Dabei sind zwischen den Steinsegmenten 12 Fugen 14 eingehalten, durch die Wärmespannungen der Steinsegmente 12 aufgefangen werden können.The stone segments 12 white; centrally arranged Bores 13 (Fig.2), the diameter of which is slightly larger than the outer diameter of the pipe sections 8. The stone segments 12 are pushed over the pipe sections 8 that they are the pipe sections 8 include. A plurality of stone segments 12 are in each case over the height and the circumference of the chamber 6 arranged side by side or one above the other. There are 12 joints 14 between the stone segments adhered to, can be absorbed by the thermal stresses of the stone segments 12.

An der Innenseite der Steinsegmente 12 der unteren Reihe kann ein Ansatz angeformt sein. Dieser Ansatz ist mit einer umlaufenden Rinne versehen, in der sich flüssige Schlacke ansammeln kann. Die Rinne weist eine oder mehrere Abflußöffnungen auf, durch die die Schlacke abfließt.A shoulder can be formed on the inside of the stone segments 12 of the lower row. This approach is provided with a circumferential channel in which liquid slag can collect. The gutter has a or several drainage openings through which the slag flows off.

Die Steinsegmente 12 (Fig. 1) sind von den Rohrabschnitten 8 des Kühlringsystemes getragen. Die Rohrabschnitte 8 sind ihrerseits an einem Flansch 15 gehalten, der über Kondensatoren 16 mit einem gehäuseseitigen Flansch 17 verbunden ist. Die Kompensatoren 16 dienen zum Auffangen von Erschütterungen.The stone segments 12 (Fig. 1) are carried by the pipe sections 8 of the cooling ring system. the Pipe sections 8 are in turn held on a flange 15, the capacitors 16 with a housing-side flange 17 is connected. The compensators 16 are used to absorb vibrations.

Der Wirbelschichtvergaser innerhalb des Reaktionsgefäßes 1 wird vorzugsweise unter erhöhtem Druck betrieben. In diesem Fall ist die Neigung, daß Staub zusammen mit dem Gas aus der Wirbelschicht 2 austritt, verringert. Der Beruhigungsraum oberhalb der Wirbelschicht 2 kann daher niedriger sein. Hierdurch ist es dann möglich, mit der in das Reaktionsgefäß 1 eingehängten Kammer 6 von geringer Baulänge noch den notwendigen Kontakt mit der Wirbelschicht 2 zwecks Abgabe der fühlbaren Wärme der Reaktionsprodukte der Staubvergasung an die Wirbelschicht 2 aufrechtzuerhalten.The fluidized bed gasifier within the reaction vessel 1 is preferably operated under increased pressure operated. In this case, there is a tendency for dust to escape from the fluidized bed 2 together with the gas, decreased. The calming space above the fluidized bed 2 can therefore be lower. Through this it is then possible, with the chamber 6 of short overall length suspended in the reaction vessel 1 the necessary contact with the fluidized bed 2 for the purpose of releasing the sensible heat of the reaction products to maintain the dust gasification to the fluidized bed 2.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims (5)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Vorrichtung zum Vergasen kohlenstoffhaltiger, feinteiliger Brennstoffe mit Sauerstoff enthaltenden Vergasungsmitteln, insbesondere Wirbelschichtvergaser, mit einem Reaktionsgefäß, einem in der Produktgasableitung angeordneten Feststoffabscheider und einer in das Reaktionsgefäß hineinragenden Vergasungskammer für die aus dem Produktgas abgeschiedenen Feststoffe, wobei die Vergasungskammer ein am Mantel des Reaktionsgefäßes abgestütztes Kühlsystem, eine feuerfeste Verkleidung für das Kühlsystem und Zuführungen für kohlenstoffhaltige, insbesondere vom Feststoffabscheider rückgeführte Brennstoffe sowie für Vergasungsmittel aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlsystem gerade, in Längsrichtung der Vergasungs'-.ammer (6) verlaufende Rohre (8) aufweist, die an ihren unteren Enden miteinander verbunden sind, und daß die feuerfeste Verkleidung für das Kühlsystem aus hochtemperaturbeständigen Steinsegmenten (12) aufgebaut ist, die Bohrungen (13) enthalten, mit denen sie auf die Rohre (8) des Kühlsystems diese vollständig abdeckend aufgeschoben sind.1. Device for gasifying carbonaceous, finely divided fuels with oxygen containing Gasification means, in particular fluidized bed gasifier, with a reaction vessel, one in the Product gas discharge arranged solids separator and one protruding into the reaction vessel Gasification chamber for the solids separated from the product gas, the Gasification chamber a refractory cooling system supported on the jacket of the reaction vessel Cladding for the cooling system and feeds for carbonaceous, in particular from the solids separator has recycled fuels as well as for gasification agents, characterized in that that the cooling system is straight in the longitudinal direction of the gasification chamber (6) Has tubes (8) which are connected to one another at their lower ends, and that the refractory The cladding for the cooling system is made up of high-temperature-resistant stone segments (12), contain the bores (13) with which they are completely on the pipes (8) of the cooling system are pushed on to cover. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl in Längsrichtung als auch in Umfangsrichtung der Vergasungskammer jeweils mehrere Steinsegmente (12) vorgesehen sind, zwischen denen sich Fugen (14) befinden.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that both in the longitudinal direction and in A plurality of stone segments (12) are provided in the circumferential direction of the gasification chamber, between which there are joints (14). 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steinsegmente (12) aus Sillimanit bestehen.3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the stone segments (12) from Sillimanit exist. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlsystem als geschlossener Wasserkreislauf (8, 9,10) ausgebildet und mit einem Kühler (11) verbunden ist.4. Apparatus according to claim 1, characterized in that that the cooling system is designed as a closed water circuit (8, 9,10) and with a Cooler (11) is connected. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Rohre (8) des Kühlsystems an einem Flansch (15) gehalten sind, der über Erschütterungen auffangende Kompensatoren (16) mit einem Flansch (17) am Mantel des Reaktionsgefäßes (1) verbunden ist.5. Apparatus according to claim 1, characterized in that the individual tubes (8) of the cooling system are held on a flange (15), the compensators (16) absorbing vibrations is connected to a flange (17) on the jacket of the reaction vessel (1).
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